di Michele Diodati
Rappresentazione artistica del sistema circumbinario Kepler-47. In primo piano il pianeta più grande e più lontano dalle due stelle, Kepler-47c, come apparirebbe osservato da una sua ipotetica luna. In basso a destra il pianeta più piccolo e vicino alle due stelle, Kepler-47b. (Cortesia: NASA/JPL-Caltech/T. Pyle)
Dal suo lancio nel 2009 fino a oggi, il telescopio spaziale Kepler ha permesso di scoprire 2.300 candidati pianeti in orbita intorno ad altre stelle e 2.100 sistemi binari in cui le due stelle si eclissano a vicenda. Da questa massa di dati erano finora emersi solo quattro sistemi planetari circumbinari, cioè sistemi nel cui centro si trovano due stelle invece di una: Kepler-16,Kepler-34,Kepler-35 e Kepler-38. In tutti e quattro i casi, però, si erano trovate le tracce di un unico pianeta. Kepler-47,il quinto sistema circumbinario di cui si abbia conferma, è il primo ad avere almeno due pianeti in orbita intorno a una coppia di stelle. La notizia della scoperta appare in uno studio pubblicato on line su Science il 28 agosto, il cui primo autore (su 39) è Jerome A. Orosz, un astronomo dell’Università di San Diego, negli Stati Uniti.
Kepler-47,nella costellazione del Cigno, dista circa 4.900 anni-luce dalla Terra e ha una magnitudine apparente di 15,1. La stella primaria del sistema, Kepler-47A, è quasi una gemella del Sole: ha massa pressoché uguale, raggio pari al 96 per cento di quello solare, temperatura effettiva di 5.636 Kelvin (140 gradi meno del Sole). La luminosità è però minore: solo l’84 per cento di quella solare. La stella secondaria, Kepler-47b, è molto più piccola e fioca. Ha massa, raggio e luminosità che sono, rispettivamente, il 36,il 35 e l’1,4 per cento di quelli del Sole. La sua luminosità bolometrica è solo 1/60 di quella di Kepler-47a. La temperatura effettiva è di 3.357 Kelvin. Separate da 12,5 milioni di chilometri, le due stelle ruotano intorno al comune centro di massa in 7,44 giorni.
La rilevazione di pianeti circumbinari con il metodo del transito è molto più complicata della rilevazione intorno a stelle singole. Un sistema binario è infatti una sorta di bersaglio mobile. Le due stelle non sono mai esattamente allo stesso posto quando i pianeti transitano loro davanti rispetto al punto di osservazione del telescopio Kepler. Ciò rende le piccole eclissi generate dai loro transiti molto variabili per durata e periodicità. La situazione è ulteriormente complicata dalle reciproche eclissi delle due stelle e, nel caso di Kepler-47,dalla presenza di macchie stellari sulla superficie della stella primaria.
Nonostante queste difficoltà, una sofisticata analisi matematica delle curve di luce registrate da Kepler permette di identificare inequivocabilmente le tracce di due pianeti in orbita complanare intorno alle due stelle. Del primo pianeta, Kepler-47b, sono stati registrati ben 18 transiti. Il suo anno dura 49,5 giorni terrestri. Il raggio, di poco più di 19 mila chilometri, è pari a tre volte quello della Terra. Ed è il più piccolo pianeta circumbinario finora scoperto. Non ha una massa sufficiente a generare perturbazioni visibili sull’orbita delle due stelle, sicché la sua massa e, per conseguenza, la sua densità sono ignote. Abbiamo solo un limite superiore, ricavato appunto dalla mancanza di variazioni nell’orbita delle due stelle, che corrisponde a 2 masse gioviane, l’equivalente di 635 masse terrestri: davvero troppo, per una pianeta che ha solo tre volte il raggio della Terra. La massa più probabile del pianeta, dicono gli autori dello studio, è compresa tra 7 e 10 masse terrestri, il che ne farebbe una sorta di fratello minore di Nettuno, con circa 0,4-0,6 masse nettuniane. Non sappiamo se sia un pianeta roccioso o gassoso. In ogni caso dista appena 44 milioni di chilometri dalle due stelle: meno di Mercurio dal Sole, il che lo pone ben al di fuori della zona abitabile e ne fa un luogo assai poco ospitale per la vita come noi la conosciamo.
Del secondo pianeta, Kepler-47c, sono stati registrati solo tre transiti. Il suo anno di 303 giorni terrestri è solo di poco più breve del nostro. Con poco meno di 30 mila chilometri, pari a 4,6 ± 0,2 raggi terrestri, è un po’ più grande di Urano. La massa e la densità, così come per l’altro pianeta, sono ignote a causa della mancanza di una trazione gravitazionale misurabile sulle due stelle. Il limite superiore posto dai calcoli, pari a 28 masse gioviane, è sicuramente troppo elevato. La massa effettiva probabile del pianeta è compresa tra 16 e 23 masse terrestri. Dista dal sistema stellare poco meno di un’Unità Astronomica e, se avesse un’orbita circolare (cosa che i tre transiti registrati non permettono di accertare), riceverebbe un’insolazione media pari all’87,5 per cento di quella che la Terra riceve dal Sole, con variazioni di circa il 9 per cento. Ciò significa che è ben dentro quella che consideriamo la zona abitabile: un pianeta di tipo terrestre che si trovasse al posto di Kepler-47c potrebbe avere acqua liquida sulla superficie. Ma probabilmente Kepler-47c è solo l’ennesimo gigante gassoso e non ha quindi una superficie solida su cui far attecchire forme di vita. Potrebbe però avere delle lune e, quelle sì, sarebbero una destinazione interessante per un’esplorazione alla ricerca di vita extraterrestre. Peccato, ovviamente, per l’abisso di spazio che ci separa da quel sistema: 4.900 anni-luce sembrano davvero troppi per qualsiasi tecnologia, anche futuribile, alla portata della specie umana.
Va segnalato, infine, che durante il 977.esimo giorno dei 1.050 complessivi di dati fotometrici disponibili per Kepler-47 è stato registrato un transito “orfano”, cioè una diminuzione della luce stellare non attribuibile né al pianeta più interno né a quello più esterno. L’analisi matematica ha confermato che questo transito è stato reale, non essendo riconducibile nei parametri di un’incertezza statistica della fluttuazione delle curve di luce. Ma, in mancanza di ulteriori transiti, non è possibile dire nulla di sicuro sulle caratteristiche dell’eventuale terzo pianeta del sistema che potrebbe averlo causato. L’unica informazione ricavabile al momento è che il terzo pianeta potrebbe avere, in base alla durata del transito, un raggio pari approssimativamente a 4,5 raggi terrestri. Tutto il resto (cioè massa, densità, distanza dalle due stelle, durata dell’anno, eccentricità) richiede per essere conosciuto che si registrino in futuro nuovi transiti, compatibili con l’unico finora registrato. Ma non è detto che si verifichino. La situazione è infatti complicata da vari fattori: uno di questi è la gran quantità di eclissi reciproche delle due stelle, che, unite alla presenza di macchie stellari sulla stella primaria, hanno reso impossibile, per un totale di 26,6 giorni su 1.050,osservare eventuali transiti planetari. Dunque, se uno o più transiti dell’ignoto terzo pianeta sono capitati proprio durante quei 26,6 giorni, sono andati perduti. Infine, potrebbe essere che il terzo pianeta percorra un’orbita inclinata rispetto agli altri due pianeti. Ciò avrebbe come conseguenza che non vi sarebbe necessariamente un transito davanti al disco stellare in occasione di ciascuna delle prossime congiunzioni (similmente a quanto accade per il pianeta Venere, i cui transiti davanti al disco del Sole, rispetto alla Terra, sono molto più rari degli allineamenti Sole-Venere-Terra).
Tutto ciò premesso, il terzo pianeta potrebbe esistere e avere, per esempio, un’orbita intermedia rispetto a Kepler-47b e Kepler-47c. Semplicemente non lo sappiamo.
I parametri delle due stelle e dei due pianeti del sistema Kepler-47. (Cortesia: Jerome A. Orosz, William F. Welsh et al. (2012))
Rappresentazione schematica del sistema Kepler-47 visto dall’alto e di lato. I quadratini rossi evidenziano la posizione dei due pianeti, la croce il centro di massa del sistema. Come si vede dalla vista laterale, entrambi i pianeti transitano davanti alla stella primaria (A) ma non davanti alla secondaria (B). (Cortesia: Jerome A. Orosz, William F. Welsh et al. (2012))
I due pannelli superiori illustrano le variazioni dell’insolazione ricevuta da Kepler-47c, supponendo che la sua orbita sia perfettamente circolare. In tal caso la variazione, dovuta al periodo orbitale delle due stelle di 7,4 giorni, sarebbe compresa tra 0,84 e 0,91 volte l’insolazione che la Terra riceve mediamente dal Sole (1368 W/m^2). Molto diversa sarebbe la situazione se l’orbita di Kepler-47c fosse eccentrica, situazione mostrata nei due pannelli inferiori. Nero, verde, blu e rosso indicano rispettivamente eccentricità e=0,0,0,1,0,2 e 0,4. Le linee orizzontali tratteggiate rappresentano i limiti superiore e inferiore della zona abitabile, calcolati in relazione al rapporto tra gas serra e variazione dell’insolazione. Un’eccentricità pari a 0,4 scatenerebbe un effetto serra incontrollabile. (Cortesia: Jerome A. Orosz, William F. Welsh et al. (2012))
Al giorno 977 del blocco di 1.050 giorni di dati fotometrici disponibili per il sistema Kepler-47,12 ore dopo il transito del pianeta b, è stato registrato un transito “orfano”, non attribuibile né al primo né al secondo pianeta del sistema. L’indizio di un terzo pianeta? (Cortesia: Jerome A. Orosz, William F. Welsh et al. (2012))
Le curve di luce corrispondenti al transito della stella secondaria davanti alla stella primaria diventano più comprensibili se si assume che la primaria sia leggermente oscurata da una macchia stellare che ruota un po’ più lentamente rispetto alla durata del ciclo orbitale di 7,4 giorni. (Cortesia: Jerome A. Orosz, William F. Welsh et al. (2012))
Un confronto fra le dimensioni relative dei pianeti e quelle delle zone abitabili di Kepler-47 e del sistema solare. (Cortesia: NASA/JPL-Caltech/T. Pyle)
Rappresentazione artistica di Kepler-47c (a sinistra) e Kepler-47b 8a destra), che tiene conto delle dimensioni relative dei due pianeti e della loro probabile natura di giganti gassosi. (Cortesia: NASA/JPL-Caltech/T. Pyle)
(Fonte: Memoria dello Spazio)
Riferimenti
Kepler-47: A Transiting Circumbinary Multiplanet System
Abstract: We report the detection of Kepler-47,a system consisting of two planets orbiting around an eclipsing pair of stars. The inner and outer planets have radii 3.0 and 4.6 times that of Earth…
[1208.5489v1] Kepler-47: A Transiting Circumbinary Multi-Planet System
Authors: Jerome A. Orosz, William F. Welsh, Joshua A. Carter, Daniel C. Fabrycky, William D. Cochran, Michael Endl, Eric B. Ford, Nader Haghighipour, Phillip J. MacQueen, Tsevi Mazeh, Roberto…
NASA – NASA’s Kepler Discovers Multiple Planets Orbiting a Pair of Stars
Coming less than a year after the announcement of the first circumbinary planet, Kepler-16b, NASA’s Kepler mission has discovered multiple transiting planets orbiting two suns for the first time…
Kepler Discovers Planetary System Orbiting Two Suns | NewsCenter | SDSU
Astronomers at the International Astronomical Union meeting announced the discovery of the first transiting circumbinary multi-planet system: two planets orbiting around a pair of stars. This…
KEPLER Search
The Barbara A. Mikulski Archive for Space Telescopes (MAST)
Due soli per due pianeti
Si chiama Kepler-47 ed è il primo sistema planetario mai scoperto in orbita attorno a una stella binaria. Non solo: uno dei due pianeti, con un periodo di rivoluzione di 303 giorni, è il pianeta…
J.A. Orosz et al. (2012). Kepler-47: A Transiting Circumbinary Multiplanet System Science DOI: 10.1126/science.1228380
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